长江-鄱阳湖顶托作用评价指标研究

长江与鄱阳湖形成的江湖交汇系统存在复杂的河床演变与物质能量交换,江湖顶托关系是影响江湖水量交换的重要因素,同时对整个区域的水资源、防洪、灌溉、航运、生态有着重要影响。以长江与鄱阳湖的交汇区为研究对象,从动量基本方程出发,建立了一套评估长江与鄱阳湖顶托强度的指标体系,提出了顶托强度指标——顶托角。研究结果表明:自20世纪80年代以来,顶托角整体上没有发生趋势性变化,说明长江对鄱阳湖的顶托作用在三峡水库蓄水后变化不明显。但从年内变化来看,在枯水期,由于三峡水库的补水作用,长江对鄱阳湖的顶托作用明显增强;在汛期,由于三峡水库的削减洪峰以及汛末蓄水,长江对鄱阳湖的顶托作用减弱。长江对鄱阳湖的顶托作用变化会在4~6月使湖水滞留湖区,易发生流域性洪水;在7~10月加速湖水的入江,使鄱阳湖的低水位形势持续恶化。研究成果可为长江和鄱阳湖的治理与保护提供参考。

支流水动力特征对干流水位顶托的响应规律与表征——以史灌河为例

为研究支流水动力特征对干流水位顶托的响应规律,以受淮干水位顶托的史灌河为例,通过理论分析与模型计算,提出一种定量描述顶托强度和范围的表征方法;基于2维水流数学模型,并利用包络线方法处理因顶托导致支流水位流量关系散乱的情况,进行支流不同来流量级、不同水位流量关系下的水流运动数值模拟,重点分析支流典型区域水动力特征的变化规律,探讨影响干支流顶托特性的主要因素。结果表明:史灌河受淮干水位顶托范围内水位壅高、水面比降变缓、流速减小;史灌河受淮干顶托主要受其上游来流量、干流水位、距交汇口远近等影响;相较于水动力特征分析与其他表征方法,使用综合顶托强度参数方法更易分析干支流顶托特性变化规律,史灌河下游靠近交汇口断面各工况下顶托强度参数均在0.30以上,长期受淮干水位的顶托。研究成果可为受干流水位顶托的支流河道水流特征及其数值模拟的深入研究提供参考。

长江中游通江湖泊对干流顶托作用变化规律

长江中游通江湖泊(洞庭湖和鄱阳湖)对干流的顶托作用直接关系到区域防洪安全。通过构造支流顶托强度指标并结合Copula函数,分析三峡水库蓄水前后两湖出流对长江干流顶托强度的变化和异同,讨论干支流流量分布和地形变化对两湖顶托强度变化的贡献。研究结果表明:①三峡水库蓄水后,对干流顶托强度变化方面,汛期洞庭湖变化不大、鄱阳湖明显减弱;枯水期洞庭湖略有增强、鄱阳湖变化不大。②干支流流量分布导致的汇流比变化和江湖交汇区地形调整综合影响导致了两湖蓄水后顶托强度变化的差异;三峡水库蓄水后,干支流流量分布变化使洞庭湖、鄱阳湖对干流平均顶托强度分别减弱5.11%和13.45%;干流河床冲刷加剧导致的交汇区干支流河床高程差增大使洞庭湖、鄱阳湖对干流平均顶托强度分别增强6%和0.9%。

上游来水来沙与洞庭湖入汇顶托对荆江河段冲淤的影响

三峡工程运用后荆江河段处于持续冲刷状态,分析上游来水来沙与洞庭湖入汇顶托对荆江河段冲淤的影响,对掌握坝下游河道演变规律具有重要意义。本研究基于2003—2020年荆江河段实测水沙及冲淤量资料,建立河段累计冲淤量与河段上下游边界条件之间的函数关系,并重点分析顶托作用对荆江河段冲淤的影响。结果表明:(1)荆江河段累计冲淤量与河段进口水流冲刷强度呈正相关,与进出口水位落差呈负相关,河段冲淤过程是二者共同作用的结果;(2)建立进口水流冲刷强度、进出口水位落差与荆江河段累计冲淤量的函数关系,能较好反映上下游边界条件对河段冲淤过程的影响(R^(2)>0.92);(3) 2003—2020年荆江河段累计冲刷量为12.3亿m^(3),在假设无洞庭湖入汇顶托的情况下比实测值增加0.67亿m^(3),即入汇顶托能使荆江河段冲刷量减少约5%;同期上、下荆江累计冲刷量分别为7.3亿和5.0亿m^(3),入汇顶托能使冲刷量分别减少约1%和16%。洞庭湖入汇顶托会导致荆江河段的冲刷量减少,对下荆江冲淤影响更显著。

基于长短时记忆网络的顶托影响下干支流洪水模拟研究

干支流交汇河段易发生洪水相互顶托现象,造成河段持续处于高水位,极大地增加了洪水模拟的难度。以三岔河口上游受顶托影响显著的嫩江大赉站为研究对象,首先分析识别大赉站历史洪水的顶托关系,并根据洪水顶托关系划分洪水类型;在此基础上采用长短时记忆(LSTM)网络建立洪水模拟模型,评估模型的模拟效果。结果表明,采用流量、水位变化率可以较为有效地识别洪水顶托关系,历史上嫩江受到洪水顶托影响的年份较多;LSTM模型输入中仅考虑上游来水对大赉站流量模拟精度影响相对较小,而对水位模拟精度影响显著;考虑顶托影响的LSTM模型对大赉站的流量、水位模拟精度均较高。可见,所构建的LSTM模型能较准确地模拟出顶托影响下的大赉站洪水过程,为类似流域或站点的洪水模拟提供参考。

基于逐步回归分析的峡江水库对吉安水位顶托作用量化分析

峡江水库建设对赣江干流水位的顶托作用主要影响着上游吉安河段的水文情势变化,分析回水顶托作用下引起的水位变化以及解析河段水位抬升成因机制对研究水利工程修建改变河道水力特点的防洪减灾工作具有重要意义。基于历史实测水位和流量数据,构建计算水位顶托效果的逐步回归预测模型,利用皮尔逊相关分析定量评估水位顶托效果与各因素之间的相关性和影响程度,随后援用逐步回归方法量化分析了峡江水库运行对吉安水位顶托作用,即建立水位顶托效果与各因素之间的多元回归方程并验证方程的可靠性。结果表明:①基于逐步回归分析的预测模型模拟精度高,水位和流量要素模拟效果均良好,模拟水位过程与实测过程基本保持一致,在模拟流量方面也能够较好地再现实测过程且水位预测模型的各项评价指标优于流量预测模型;②水位顶托效果与峡江水库实测水位存在极强正相关性,与吉安实测水位和吉安水位落水过程存在中等正相关性,与吉安实测流量存在中等负相关性,与吉安水位涨水过程存在微弱负相关性;③多元逐步回归方程的修正后决定系数R2为0.892,表明方程拟合度较高且通过了后续的准确性检验,可表征吉安实测水位、吉安实测流量、峡江水库实测水位、吉安水位涨落过程的多重驱动作用。

信江白塔河柏泉站河段干流对支流顶托响应分析

河道的水位流量关系直接影响着水文资料整编的可靠性,合理而准确的水位流量关系可为水文预报和水利管理提供依据,精确的水位流量关系分析对河道水情分析和防洪管理有重要意义。以白塔河柏泉水文站河段为研究对象,借助Mike21软件建立河道水动力模型,模拟河道水流动力学过程,分析洪水顶托影响下站址断面水位流量曲线和干流沿程水面线,并通过情景模拟,剖析支流洪水对干流顶托作用。结果表明:水动力模型的模拟结果与实测值基本一致,相关系数为0.98,纳什效率系数为0.85,精度满足基本要求;河道水动力学模型可较全面分析干支流交汇处的水流变化状况以及干支流洪水过程的耦合响应;支流不同洪水的洪峰和洪量对干流顶托作用明显,而且与干支流洪峰到达时间的同步性关系较大。

向家坝坝下水位顶托关系研究

岷江、横江来水对长江干流水位具有明显的顶托作用,影响汇合口上游的向家坝水库调度决策。为系统分析下游来水对向家坝坝下水位顶托影响,利用2016~2023年资料,采用控制变量原理建立了横江流量与向家坝坝下水位顶托关系,在此基础上分析了2020年岷江洪水对向家坝坝下水位的顶托影响,采用落差指数法进一步建立了干流宜宾水位与向家坝坝下水位、流量三相关系。结果表明,岷江来水和向家坝出库流量的比值与向家坝坝下至宜宾站水位落差呈指数关系;横江流量为300~2000 m^(3)/s时,顶托量为0.28~0.85 m;2020年岷江洪水对向家坝坝下水位最大顶托5.92 m,当宜宾站水位高于271 m时,向家坝坝下水位将会受到不同程度的顶托影响。

基于HEC-RAS的长江干流对举水顶托影响分析

举水作为长江一级支流,汛期易受长江干流洪水顶托影响,对水情预报精度存在一定干扰,同时增加河道防洪风险。为研究举水受长江干流顶托程度及范围,采用HEC-RAS一维水动力模型,模拟举水和长江不同量级洪水组合下的河道洪水演进过程。结果表明,举水受顶托程度及范围与举水流量、长江水位密切相关,举水流量越小、长江水位越高,举水受顶托距离越远且顶托程度越大。研究成果可为举水流域水情预报、防洪抢险提供参考和借鉴。

钢制长顶托在盘扣式脚手架梁底模数确定中的应用研究

设计了一种承载力强、拆装灵活的盘扣式脚手架梁底支撑节点搭设法,并研制了立杆顶托一体化的钢制长顶托装置,以解决传统盘扣式支撑立杆不可调节,需另设转换装置的问题。试验结果表明,在0.7 m和1.0 m高度下的顶托极限荷载和极限位移差距不大,两者在140 kN作用下持荷60 s均未出现结构破坏的情况。通过研究结果对宽300 mm、高950 mm的梁底模数进行判断,得到抗弯强度为1.374 N/mm^(2),抗剪强度为0.247 N/mm^(2),最大挠度为0.029 mm,均满足要求。

兴隆水利枢纽运行后汉江下游枯水位变化及长江顶托关系调整

兴隆水利枢纽蓄水运行后,对坝下游枯水位、水位顶托关系等影响已初步显现。系统分析1970—2022年汉江下游水文站、水位站的流量与水位特征等变化。结果表明,汉江兴隆水利枢纽运行后,坝下游各站同流量的枯水位均表现为累积性下降态势,越向下游减幅越小。当汉川—汉口段和仙桃—汉口段水面比降分别低于0.020‰和0.025‰时,长江水位顶托作用显著影响汉川站及仙桃水文站的水位;当水面比降高于0.060‰和0.065‰时,长江水位顶托作用未影响汉川站水位和仙桃水文站。2013—2022年与2003—2012年相比,汉川—汉口段和仙桃—汉口段比降高于0.060‰和0.065‰的时间为增大态势,即2013—2022期间汉江和长江水情组合有利于汉江下游航道水深条件的稳定与发展。

多河流顶托情况下水库下游水位计算方法探讨

因受下游岷江、横江涨水顶托的影响,向家坝水库出库流量与下游水位的关系较为复杂,对水文计算结果和水库调度决策产生了直接影响。以2014年7月～2015年9月向家坝水库下游水位、出库流量、横江水文站和高场水文站流量为研究数据,利用顶托法和BP神经网络模型对横江、岷江的顶托影响进行了分析。结果表明,BP神经网络法检验期最大误差0.32 m,平均误差0.11 m;顶托法最大误差0.74 m,平均误差0.40 m;顶托量大于1m时,BP神经网络法平均误差0.09 m,顶托法平均误差0.42 m。BP神经网络模型计算精度较高,尤其是在顶托量较大时计算结果较好,可用于生产实际。

洞庭湖出流对荆江河段洪水位顶托影响分析

荆江河段洪水位受洞庭湖出流顶托的影响,研究顶托影响的幅度和范围有助于深入认识长江干流荆江河段的防洪形势。基于实测水文资料设计了长江干流与洞庭湖不同的洪水遭遇组合,通过建立长江干流宜昌—大通的一维河网数学模型,分析了不同洪水遭遇组合下洞庭湖出流对荆江河段洪水位顶托壅高幅度及壅高影响范围。结果表明:荆江河段洪水位顶托壅高幅度与城陵矶出流强度呈正相关,顶托影响随着上游距离的增大而逐渐减小;荆江河段洪水位顶托影响范围与城陵矶出流强度呈正相关,考虑最不利的遭遇情况,对上游河段的影响范围至少到沙市。

新来水条件对水富至宜宾航道向家坝站顶托分析

向家坝水库为金沙江水电开发利用的最后一级,因受到下游横江、岷江来水顶托影响,水库下游断面的水位流量关系变得复杂,增加了水库下游向家坝水文站水位计算和航道养护尺度确定的难度。选取2018~2022年向家坝水文站、横江站及岷江站的实测水文资料,确定横江、岷江对向家坝水文站造成顶托影响的临界流量,并建立向家坝站流量、横江及岷江流量与顶托量的三参数相关关系。结果表明:横江、岷江单独涨水的顶托临界流量分别为400m^(3)/s、6000m^(3)/s,且随着横江、岷江来水增大,其顶托影响也逐渐增大;横江、岷江每增加100、1000m^(3)/s对向家坝站的平均顶托量分别约为0.2m、0.17m,两江联合涨水的最大顶托量为7.1m。

考虑回水顶托影响的梯级库群日前调峰MILP模型

水电日前调峰优化调度需要同时考虑电网、水库及机组多重约束,本质上属于复杂的多维、动态、非凸、非线性规划问题,将回水顶托影响考虑到模型当中进一步加剧了模型的求解难度。本文建立考虑回水顶托的梯级水库混合整数线性规划(MILP)96点调峰模型,通过将回水顶托水库中多个非线性约束聚合成单个四维超曲面约束的方式减少模型整体非线性约束个数,并采用SOS2约束对该模型进行线性化处理,最终实现模型高精度高效求解。以西南地区某梯级库群为工程背景,选取汛枯期4种典型日方案验证所提模型及算法的有效性,并分析考虑回水顶托的必要性。结果表明,所提模型较传统模型在提高精度的同时也显著提升了求解效率,并在各场景下均能达到较好的调峰效果,对水库精细化调度具有重要意义。

三峡建库前后洞庭湖对下荆江的顶托与消落作用研究

自然通江的洞庭湖与长江间复杂的关系影响着下荆江尾闾河段的水文情势变化。三峡建库后洞庭湖出口基准面的变化,使得湖对江的顶托与消落关系发生调整,进而影响防汛抗旱与生态保护。从水面比降变化出发,以顶托消落比表征湖对江的顶托消落作用,利用1991—2017年监利站、螺山站、七里山站水文资料,分析洞庭湖对下荆江顶托、消落作用及其变化规律,并根据平衡比降公式,从理论上解释了蓄水前后比降变化的合理性。结果表明:蓄水后监利—城陵矶、城陵矶—螺山水面比降均有所增大。3个时期即:1991—2002年、2003—2007年、2008—2017年以来,监利—城陵矶河段年内月最小水面比降的出现时间有所推迟,对应的城陵矶水位有所升高,汇流比有所减小,湖对江的顶托作用有所减弱。1991—2017年湖对江综合表现为顶托作用,3个时期顶托消落比减小的原因为顶托作用减弱而非消落作用增强。从年内变化看,湖对江表现为消落作用出现在汛后(9—10月)及2008—2017年枯水期(1—3月)。3个时期顶托消落比均受汇流比的影响,当汇流比小于0.5,洞庭湖易产生消落作用;当汇流比大于1,洞庭湖顶托作用增强。当长江流量小于6000 m3/s,湖对江均表现为顶托作用。1991—2002年顶托消落作用主要受洞庭湖出流的影响,而2008—2017年主要受长江干流流量的影响。研究结果可为江河湖泊治理与保护提供科学依据。

考虑回水顶托影响的水位预报研究

将有回水顶托影响的河段视为多输入－单输出系统，把水位过程视为时间序列，用时间序列分析最优控制理论，建立了可考虑回水顶托影响的水位过程预报模型。提出了在棱柱形河道情况下，以时段水位涨差作变量时，模型中各参数应满足的物理性约束条件；较好地解决了长江荆江河段中受回水顶托影响的石首站的水位过程预报问题，为水位过程预报提供了一条不同于水文学途径和水力学途径的建模途径。

密贴下穿既有线的暗挖地铁车站群顶顶托关键技术研究

依托北京地铁10号线二期公主坟站密贴下穿既有地铁1号线公主坟站进行系统研究,完善整合既有的前评估、结构体系优化、工法研究、过程控制、监控量测、后评估研究成果,形成一套完整的新建平顶直墙大断面地铁车站密贴下穿既有车站的关键技术研究体系及结构设计施工指南,保证类似地下密贴穿越工程的安全、经济、高效有重要的工程意义和价值。

嘉陵江与长江交汇水流顶托效应特性研究

干支河流交汇是河流水系发育与演化的重要形式,在河流交汇区常发生水流顶托现象。水流顶托显著影响着干支流交汇区水位、水面比降及床面切应力特性,从而制约着交汇区水沙运动特性及河床演变过程。以嘉陵江与长江交汇区为例,基于实测资料与不同组合干支来流的数值模拟结果,突出分析了不同干支来流条件下典型区域水位、水面比降及床面切应力变化特性,结果表明嘉陵江对长江的顶托作用随汇流比的增大而增大,长江上游水面比降随汇流比增大而减小,床面切应力随汇流比增大而减小。

钱塘江洪水顶托对浦阳江洪水位的影响研究

基于浦阳江洪水与钱塘江洪水历史遭遇的统计资料,构建了浦阳江二维定床数学模型,并引入弹性系数作为敏感性指标,分析了闻堰站洪水位对浦阳江下游段洪水位的影响。计算结果表明,浦阳江湄池、临浦站洪水位对闻堰站水位的弹性系数均值分别为0.35、0.74,即闻堰站洪水位相对增大1%,湄池站洪水位相对增大0.35%,临浦站洪水位相对增大0.74%。可见钱塘江闻堰站水位对浦阳江湄池、临浦站顶托作用显著,且对临浦站的影响远大于湄池站。